Конденсаторное торможение

Из-за ограниченности зоны действия конденсаторное торможение не может обеспечить полную остановку привода без добавочного, хотя бы небольшого, тормозного момента, действующего при низкой скорости.
 

Иногда применяется так называемое конденсаторное торможение.
 

Схема включения двигателя, позволяющая осуществить конденсаторное торможение, представлена на рис. 2 — 27 а. После отключения двигателя от сети контактором К происходит процесс разряда конденсаторов на обмотку статора. Двигатель возбуждается и образовавшееся в результате возбуждения вращающееся поле статора имеет меньшую скорость, чем ротор. Возникает генераторный режим торможения; по мере снижения скорости ротора уменьшается и скорость вращения поля статора.
 

Открывание выпрямляющего тиристора до окончания процесса конденсаторного торможения приводит к возникновению пика переходного момента короткого замыкания и прекращению конденсаторного торможения. После этого начинается режим динамического торможения, осложненный повторными короткими замыканиями с пиками тормозных и двигательных моментов.
 

На рис. 6.3, в показана схема конденсаторного торможения, являющегося разновидностью динамического торможения. В нормальном режиме работы конденсаторы постоянно включены в сеть параллельно со статором. При отключении двигателя от сети конденсаторы начинают разряжаться на статор. Протекает экспоненциально уменьшающийся ток и создается магнитное поле постоянного направления. В этом поле вращается по инерции ротор, в нем наводится ЭДС и течет ток. Возникает тормозной момент аналогично динамическому торможению.
 

С ростом емкости увеличивается и зона действия конденсаторного торможения и величина поглощаемой кинетической энергии. Увеличение емкости, однако, практически целесообразно только до значений Сд 4 — б, при которых скорость интенсивно снижается до пд 0 5 — 0 4 и поглощается соответственно 75 — 85 % кинетической энергии вращающихся масс привода. Дальнейшее увеличение емкости малоэффективно.
 

Для трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором применяют конденсаторное торможение, при котором к зажимам статора присоединяют симметричную трехфазную батарею конденсаторов, обеспечивающую самовозбуждение машины.
 

После отключения двигателя от сети контактором Ki происходит конденсаторное торможение, затем после замыкания контактора Лг возникает динамическое торможение. Механические характе — нитного поля в магнитной ристики асинхронного двигателя.
 

Для трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором применяют конденсаторное торможение, при котором к зажимам статора присоединяют симметричную трехфазную батарею конденсаторов, обеспечивающую самовозбуждение машины.
 

Кроме рассмотренных тормозных режимов существуют и другие, например конденсаторное торможение. Конденсаторное торможение осуществляется по схеме, изображенной на рис. 10.33. После отключения от сети обмотка статора оказывается замкнутой на конденсаторы. Энергия магнитного поля двигателя и электрического поля конденсатора возбуждает в цепи трехфазный ток. Магнитное поле двигателя, образованное этим током, вращается в ту же сторону, что и ротор, но с меньшей частотой, чем ротор. В результате в обмотке ротора возникают ЭДС, ток и тормозной момент. Этот режим аналогичен генераторному тормозному режиму работы двигателя. По мере торможения энергия магнитного и электрического полей уменьшается, превращается в теплоту в обмотках и тормозной момент убывает.
 

Кроме рассмотренных тормозных режимов, существуют и другие, например конденсаторное торможение.
 

5.3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Вращающееся магнитное поле
статора пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них ЭДС. Так как роторная
обмотка замкнута, то в проводниках ее возникают токи. Ток каждого проводника,
взаимодействуя с полем статора, создает электромагнитную силу — F_эм.
Совокупность сил всех проводников обмотки создает электромагнитный момент М,
который приводит ротор во вращение в направлении вращающего поля.

Частота вращения ротора
n₂ будет всегда меньше синхронной частоты n₁, т.е. ротор
всегда отстает от поля статора. Поясним это следующим образом. Пусть ротор вращается
с частотой n₂ равной частоте вращающегося поля статора n₁.
В этом случае поле не будет пересекать проводники роторной обмотки. Следовательно,
в них не будет наводиться ЭДС и не будет токов, а это значит, что вращающий
момент М = 0. Таким образом, ротор асинхронного двигателя принципиально не может
вращаться синхронно c полем статора. Разность между частотами поля статора n₂
и ротора n₁ называется частотой скольжения Dn.

Отношение частоты скольжения к частоте поля называется скольжением:

В общем случае скольжение в асинхронном двигателе может изменяться от нуля до единицы.
Однако номинальное скольжение S_н обычно составляет от 0,01 до 0,1 %. Преобразуя
выражение *), получим выражение частоты вращения ротора:

Обмотка ротора асинхронного
двигателя электрически не связана с обмоткой статора. В этом отношении двигатель
подобен трансформатору, в котором обмотка статора является первичной обмоткой,
а обмотка ротора — вторичной. Разница состоит в том, что ЭДС в обмотках трансформатора
наводится неизменяющимся во времени магнитным потоком, а ЭДС в обмотках двигателя
— потоком постоянным по величине, но вращающимся в пространстве. Эффект в том
и в другом случаях будет одинаковым. В отличие от вторичной обмотки трансформатора,
неподвижной, обмотка ротора двигателя вместе с ним вращается.

ЭДС роторной обмотки, в
свою очередь, зависит от частоты вращения ротора. В этом нетрудно убедиться,
анализируя процессы, протекающие в асинхронном двигателе.

Синхронная частота вращения
магнитного поля статора перемещается относительно ротора с частотой скольжения
Dn. Она же наводит в обмотке
ротора ЭДС E₂, частота которой f₂ связана со скольжением
S:

Учитывая, что f₁=рn₁/60,
f₂=рn₁S/60.

Приняв величину номинального скольжения порядка 0,01-0,1,
можно подсчитать частоту изменения ЭДС в роторной обмотке, которая составляет
0,5-5 Гц (при f₁=50 Гц).

5.4. МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ И ЭДС АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

При подключении обмотки
статора к сети возникают токи I₁, создающие вращающийся магнитный
поток Ф. Большая часть магнитного потока сцепляется с обмотками ротора и статора.
Это будет основной поток обмотки статора. Некоторая часть магнитного потока
рассеивается в пространстве. Назовем его потоком рассеяния Ф_рс. Он
cцепляется только с витками собственной обмотки.

Основной магнитный поток
асинхронного двигателя, вращаясь в пространстве, пересекает обмотку статора
со скоростью n₁ и обмотку ротора со скоростью n₂, наводя
в них основные ЭДС:

где W₁k₁ и W₂k₂ — произведения чисел витков на обмоточные коэффициенты;
Е_2s=Е₂S.

Потоки рассеяния Ф_рс1 Ф_рс2 наводят в обмотках ЭДС рассеяния Е_р1 и Е_р2,
которые, как в трансформаторе, могут быть выражены через соответствующие токи
I₁ и I₂ и индуктивные сопротивления х₁ и х_2s.

где х₁ и х_2s
— индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора.

Помимо названных выше ЭДС, в обмотках статора и ротора имеют место активные падения напряжения, которые
компенсируются соответствующими ЭДС E_r1 и Е_r2.